≥ ｃｕｓｓ 基于ｌＡＰ和网口的 蒋俊。蓝敏 （长沙职业技术学院，长沙４１００８１） 固件升级技术※ 摘要：介绍了基于ＩＡＰ和网口升级嵌入式系统的方法，其中处理器为ＮＸＰ公司的ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３，开发环境为ＩＡＲ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ ｆｏｒ ＡＲＭ，可以有效降低设备维护成本，对其他ＭＣＵ和ＩＥＤ开发环境都有参考价值。 关键词：ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３；固件升级；镜像文件；ＩＡＰ技术 中图分类号：ＴＰ３６８．２ 文献标识码：Ａ Ｆｉ ｒｍｗａｒｅ Ｕｐｇｒａｄｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｌＡＰ ａｎｄ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ Ｐｏｒｔ※ Ｊｉａｎｇ Ｊｕｎ，Ｌａｎ Ｍｉｎ （Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｕｐｄａｔｅ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＩＡＰ ａｎｄ ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｐｏｒｔ．Ｉｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ，ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３ ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ＮＸＰ ｃｏｍｐａｎｙ ｉｓ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｓ ＩＡＲ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ ｆｏｒ ＡＲＭ．Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｏｆ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ．Ｉｔ ｉｓ ｖａｌｕａｂｌｅ ｆｏｒ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｉｃｈ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｏｔｈｅｒ ＭＣＵ ａｎｄ ＩＥＤ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３；ｆｉｒｍｗａｒｅ ｕｐｄａｔｅ；ｉｍａｇｅ ｆｉｌｅ；ＩＡＰ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 这里会有两个疑问：为什么要拷贝ＲＷ段呢？Ｂｏｏｔ— 引 言 现有的一台嵌入式设备基于ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ Ｍ３处理 Ｌｏａｄｅｒ程序是什么？第一个问题很简单，既然是ＲＷ （Ｒｅａｄ＆Ｗｒｉｔｅ）数据，就只能保存在ＲＡＭ中，因为ＲＯＭ 是无法执行“写数据”操作的。第二个问题很容易被程序 器，具有以太网通信功能。为了降低设备维护成本，需要 设计网口升级固件功能。本文描述了基于ＩＡＰ和网口升 级该嵌入式系统的方法，其中处理器为ＮＸＰ公司的ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３，开发环境为ＩＡＲ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ ｆｏｒ ＡＲＭ。 员忽视，它的实现有两种，一种是由芯片的Ｂｏｃ・ｔ代码（固 化在ＲＯＭ中）来执行拷贝，另一种是编译器自带的代码 （女日ＩＡＲ就有Ｊａｒ ｐｒｏｇｒａｍ…—ｓｔａｒｔ函数）。 ＲＯＭ ＲＡ～［ ．ＲＯＭ ＲＡＭ ．ＩＡＰ（Ｉｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ，在应用编程），一般 指ＭＣＵ可以通过通信 ＲＷ ｓｔａｃｋ ｓｔａｃｋ ｈｅａｐ ．ｈｅａｐ ．端口（ＵＡＲＴ口、网口 等）从外部接收应用程序 镜像并烧录到ＦＬＡＳＨ ．．ｔｅｘｔ ．Ｒ０ ．ｂｓｓ ｄａｔａ ｉｎｔｖｅｃ ｂｓｓ ．．ｄ 中实现固件升级，如图１ 所示。 图１ 网口升级固件 （ａ）加载地址视图 图２（ｂ）运行地址视匡 软件地址空间 １ 原理介绍 先温习下小知识：一个典型的嵌入式软件地址空问如 基于ＩＡＰ固件升级一般会把软件设计成两部分： ＢＯＯＴ和应用程序。其中ＢＯＯＴ相当于ＰＣ机的ＢＩＯＳ， 图２所示，程序代码（ＲＯ段）和初始化数据（ＲＷ段）都是 存储在Ｒ０Ｍ（常见为ＦＬＡＳＨ）中，当系统上电运行时， ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ程序会把ＲＷ段数据从Ｒ０Ｍ中拷贝到ＲＡＭ 中（．ｄａｔａ），同时它会清零未初始化数据段（．ｂｓｓ）、设置栈 负责升级固件和引导应用程序，它对于用户是不可见的； 应用程序就是常见的嵌入式软件。这两个软仁：的存储地 址如图３所示。 再来看看Ｂ（）ＯＴ和ＡＰＰ启动时序，当系统上电时，它 首先从０地址找到中断向量表，取出ＲｅｓｅｔＨ ｎｄｌｅｒ中断 （．ｓｔａｃｋ）和堆（．ｈｅａｐ），之后系统就可以正常运行了 ］。 敬请登录网站在线投稿 ２０１４年第１２期 《平Ｉ；机 嵌入式系瓴ｌ应冈》 １１ ： 只有接收到第ｉ帧确认后才能传输第ｉ＋１帧；最后，为确 保镜像文件在传输中不受损，每帧都包含ＣＲＣ校验码。 ２Ｂｙｔｅ ２Ｂｙｔｅ ２Ｂｙｔｅ ２Ｂｙｔｅ １ ０２４Ｂｙｔｅ ４］３ｙｔｅ 升级固件时，ＰＣ与嵌入式设备的通信逻辑如下：当设 备发出握手帧连续１０次无应答后，ＢＯＯＴ代码将直接引 导原ＡＰＰ程序启动，即无需升级固件，如图５所示。 Ｓｅｃｔｏｒ，前１６个均为４ ＫＢ，后１４个为３２ ＫＢ。为了简化设 ＰＣ Ｄｅｖｉｃｅ 图８二进制通信帧格式 计，将ＢＯＯＴ放置在前１６个Ｓｅｃｔｏｒ中，共计６４ ＫＢ；ＡＰＰ 镜像放置在后１４个３２ ＫＢ的Ｓｅｃｔｏｒ中，共４４８ ＫＢ。 这样安排程序依赖如下设定：镜像文件起始位置为 ＯｘＯ００１ ００００，每次接收与写入ＦＬＡＳＨ的字节数为１ ０２４， 当写入ＦＬＡＳＨ地址为Ｓｅｃｔｏｒ之首时需要擦除该分区，逻 辑流程如图９所示。 ｆ开始、 图５ 无需升级固件通信时序 当正常升级固件时，首先有３次握手，接下来是分片 等待接收数据帧 接收一帧且数据正确？ Ｙ 传输镜像文件，最后嵌入式设备会回应“升级成功”帧，如 图６所示。 Ｎ Ｉ回应 — Ｎ Ｉ原因 Ｉ－－－－一 错误 写入地址位于Ｓｅｃｔｏｒ之首？ Ｙ 擦除该Ｓｅｃｔｏｒ并验证Ｂｌａｎｋ 写入１ＫＢ数据到ＦＬＡｓＨ中 Ｎ 镜像文件写入全部完成？ ± （ 结 语 室） 图９分片写镜像文件流程图 图６正常升级固件通信时序 如果某分片通信时发生错误，嵌入式设备会回应“错 误原因”帧，当重传达到５次仍出错时，ＰＣ机需要提醒用 户，最好还能说明错误原因，如图７所示。 本文重点研究了基于ＩＡＰ和网口的固件升级技术， 虽然基于ＮＸＰ公司的ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３处理器和ＩＡＲ 开发环境，但技术原理对于其他架构的嵌入式系统也是适 用的。论文中涉及的技术方法在ＩＡＲ Ｖ６．０和ＮＸＰ ＬＰＣ１７６８芯片上测试成功，并研制成产品，接受过严格的 现场升级考验。实践证明，论文中的方法稳定可行。 编者注：源程序见本刊网站 参考文献 ［１］Ｄａｖｉｄ Ｅ．Ｓｉｍｏｎ．嵌入式系统软件教程ＥＭ］．陈向群，等译．北 京：机械工业出版社，２００５． 图７升级固件出错通信时序 ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏｒｎ．ｃｎ。麓 ［２］ＩＡＲ．ＩＡＲ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ ｕｓｅｒ ｇｕｉｄｅｓ，２０１０． ［３］ＮＸＰ．ＬＰＣ１７６ｘ／５Ｘ ｕｓｅｒ ｍａｎｕａｌ，２０１３． 嵌入式设备回应ＰＣ的数据帧直接封装字符串，这样做 的好处是可以通过截取数据包查明通信内容；而ＰＣ机传输 ［４］ＮＸＰ．ＡＮ１１３３３ ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ ｈａｎｄｌｉｎｇ ｄｕｒｉｎｇ ＩＡＰ ｃａｌｌｓ‘９ｒ ＬＰＣ１７７ｘ ８Ｘ ａｎｄ ＬＰＣ４０７Ｘ ８Ｘ，２０１４． 给设备的数据帧采用二进制，主要是考虑到嵌入式系统较弱 的计算和存储能力，该二进制通信帧格式如图８所示。 ＦＬＡＳＨ一般是由Ｓｅｃｔｏｒ组成的，并且在写操作之前 需要擦除该Ｓｅｃｔｏｒ。本系统中使用的ＦＬＡＳＨ共３Ｏ个 蒋俊 从事嵌入式研发，精遘电鹈计量、测量 谐波￣转ｉ ； ！ＥＣ６ｉ８５０鼍 宅瓣 ８Ｓ０ Ｓ ｉ ｉＥＧｓｌ８§０＿ｇ ２ ＾ — ｉｉ ｉ 责任编辑｛薛毒熬 旋稿曩期禳§ｌ秘ｏ７－ｏ￣） 敬请登录网站在线投稿 ２０１４年第１２期 《年专机 嵌入式系统应冈》 １３
